某输油管道疲劳寿命预测_罗金恒
油
气
储
运
200 1
年
某 粉
油 道 盛曹 劳命忿顶 洲罗
金 恒 ’
《
赵
新 伟
路民旭
(
中 石国 油天 气然集 团 司石 油公 管 材 研究所 )
金罗
恒: 赵
伟新 等某 输 油 道 疲 劳寿管命 预 油 测气储 运 0 0 1
,2,
,
2
0( 6
8 4 一5 )0
,
摘。、
要
气油输 送 道管 寿的 命预 测是管 道安全 评价 的 重要 成 部组分 它 直 关 系到 管 道接检 测 。
、
维 修更 换 周期 的 确 定 管在 道 压 能 承力评 工 作 的价基 础 上 利 失用效 估评图 术 技和 双参数 法 据
已根建 立的 缺 陷 扩 规 律展 某输对 油 管 道疲的 寿劳命 进 行 了 预测
,x
。
,
,结
果 明表该 管 道 可 全 运 安行
,
13 .
1
0
4周 次
为管 道 检 测和 维修周 期 的确 定 供提 科 学 了 据
依,
。
主题
输 油 词管道
疲
劳0 k
m.
寿
命测
预 输某 管 道设 计油总 超长 过1 4能 为力1
0 0XI 礴O8
0.
,
年计设输 油 PaM 强
度
,虑 蚀腐 和疲 劳 两个 方 面 的 因素
,
,
。于 该 管由道 属 于新,
专。
t
,
管道设 计压力为 ,
64
建
道 对管 未来 腐 蚀的情 况不可 预 发现 的缺 知陷
均为未 熔 缺陷合所 以 主 要 对疲劳 命寿进 行预 在测
油试
验压力 为 2
管 为道笋 3
7M
Pa 严密性 试 验压 力
为, ,
64
.M
Pa
。
X 6
m m
的直 缝
电阻 焊管 钢级为 5 X2,
。
气
管 运道行过 程 中 于由 压力波 动 和油 气 歇 间输送
、。
,
,
该
道管 试在 过压程 中由于 钢 管焊接 量质问题 生
了
发1
2因此 存 在 着发 生疲 劳 损伤 疲 劳破 坏的 的 可 能 性
次在 爆事管 故 换 管经处 理 后管 道最 后 验试 压.
对, 管该道 进行 寿 命测预时 利 用 了 失评效估 图技
术( A F ) 和 D 陷 缺 扩展的 双 参数 法 ( 考 了 缺虑 陷 长在 度
力 ,到 8达。
0M P
a
。
了保 为证 管道 的安 全运 行 经过 管
,,
,
道压能承评力 价定降决低力 压在
。
0
4
M.P a下 运,
和 度 深两 个方 向的 扩 展 并 根 )据已 建立 的 缺陷(裂
,行 为了 制 投订 运 后管 维修道和 更换方案 对道管进 行
了 命寿 预测
纹 )
展 扩 规律 行预进 测基 思本 路见 图,
1
。
载荷
安
全 数系
料材 性能
一
管 寿 道命 测预 方 法.
争
、 换 或更修维
油 输 气送管 的道 寿 预命测 是 管 道 全安评 的价
要重组成 部分 直接 它关系 到 管道 检 测维 修 更换 周 的 确 期定然 而 由于 寿 命 预 工 测作中存 在 着 多 不 确 定许因 素 例 如 境 力环学 和 材 质 状况 尤其 等是很 难 确定 在 际实工 况 件条 下缺 陷 发 展 的规 律 使得 寿
,
,、。
,
、
、
,
,
确 定
初 始 缺陷尺 寸
a
:
~
aQ ;
Ze
= Ze
Q
;
N
一O
命;预 工作测难 度 加
如 CE G
,大、
。
在 行现适 用性 评 标 价 准中
B, R6 P D 6 94 3以 及 最新发
布的 A
PI 5
7 9
,
草
案寿对命预 方 测法 提供仅 了简 单的指导 性 作法 可操 作性 差 因此 命寿预 一测 直 是困扰 管道 价 人员 评一大 难题的
1
、。
,
,
对基
思路本
,
一 情般 况下对 于 油气 道 管寿命的预测 要 考主*
,
图
。
1 劳疲寿命 预 测思 路 框图
71
0056,
陕西
省 西 安市电 子 二
3路 2
:
;号 话电 0 ( 9 ) 282 1 42 1 1 3 4 0 5
一
第 20卷 第
6
期
△
犬罗
金 恒等 某 输 油 管 道 疲 劳 寿 命 侧预
:
图
1
的中,
表 应 力强 示度因 子 幅
,,
△犬动
表
c。示
劳疲 槛门值 度
,a
表 缺示陷 深
度 ,
,a。
表示缺
陷始深初
细, 示表缺 陷深度增 加
△N
量。
表
示 陷缺长度
。
表
— 根
据 一应 次力和 二 次 应力 计 得 到算 fK K幸 — 的应力强 因度子
、
K
l
应力 度 因 强子
;
;协
示 陷初缺 始长 度2
、
表示循环 周次 加量
,增,
K
‘P
失
效 评 圈估 技术 〔 一幻
6
未将熔 缺合陷 看成 面 平型 陷缺对 这类 缺 陷 的
价 评 国 际上普 遍 采用英 国 中 央电力 局 CE G BR
,—
塑修 性 正因 子 —、
焊缝 断
裂韧性 ;
。
管二道 疲 劳 寿命 预 测
1、
(
1 9 8 8 年)和 英 标国 准 协 会 B IS D 6 P 4 39(1 9 9 1 年 )
中提出 的 双据判
法「
’2
・
・
。
通过 塑性 断弹 裂 学力 析 采
。分
,
用
失 评效 图估 (F AD )进 行评 定 如 (图2 所 )
示AF
确D 预 定测 数参载
荷 次一应 主力 为要管 道内 压 根据 承压
。
(,l )
虑 考了从 性 脆 裂 到断 塑 失稳 性 有 可所 能的破 坏 行
能力
评 价结果0
.
管 道 内压 为4.
.
o
a
MPa
,
载 荷
比 为
。
为 被认 为 最有是 效 可 靠 的最平含 面型缺 陷结 完
构性整 价方 评
缺 法尺陷 寸。
,
、6
,
即管道
力 在压2
4一4
.
0
MP
a
间波之动
利
用
切
环法 测 二 次应 得为 力 3
1(2 )
MP1
S
T。
疲
参数
劳
,利用
M5
8
0料材 验机试测试
K△
ht
。
疲性劳 能 分测 别 了试
个
试样 的 疲劳 门槛值产
宁
K
l
解
和 疲
劳 裂 纹 扩 曲线 展结 果 见表 1和 图3
时
,
5△
K
。
l
最 取 值
小3
4 6
寿. 预 测 M P命a 丫 而 疲 劳 扩 方展 取
程
,
。
测试 个样试 上的包络 线方
程 E03一
广评估点
}
{}塑
性崩 演
2
日 、 叹日 名 芝
E一04
极
限载解荷
一E 50
雌
图2
失效
评 估
图〔”“ }
E :0 6一
K (△M P a
.
目
普遍 采用 前的评估 曲线方 程 式 为
0 = (K l 一 14 0L : ) 「3
+
0 7
r.
. .
丫 )石~
e
x
p(
一 06 5 L] )
.
夕卜包 络
线 程方 3
L
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镇
L
二L
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二
奈
一1
・
737 、 。1一 。K
”28
K = O
r
>
L
;
, ,J
二
图
劳疲裂 扩纹展 测 试 曲 线△
K
t卜.
式中
L
rK
,
L—材 料韧性 — ~ 比取的值与 钢 材管 有 关
料。
。
:材料 载荷
;比
裹
l
缝焊应劳门 值橄
K△:
侧 试
结果
丫 丽
)
试沪样编
号
(M 。 P
任a内 月一C J b口 j
.
L
。
和K 按 下 式
r
通 n 1 注 3 ‘J弓
任
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孟0 月
O
奋
算
计:
L 一
,
留
…(3 材 料能性 )
‘
一
班悬瓮笋 参 考应 力
;;
十
。
式
中
J
o
f
材料 屈 强服度 为3 67
.
9
0 Ma 抗 P
拉,
吞
、 ,
,
材料屈 服度强
强
度为
54
0
M
Pa 缝 焊 断 韧 性裂 为
,
8
M
Pa 不丫
,
油
气
,储
运
0201
年
4( 初)始 缺 陷尺 寸
根据
室 内和 场现测 探结 果。
寿
命 预 侧时只 考虑 了压 力 波 动 的 影响 没有 虑管考 的道 蚀寿腐命
,
。
始初 缺 尺陷 寸 取 管 道 中可 能存在 的 最 值大 应 的对不 同缺陷深 度 和 长度比
m m
2
0.
管道 的腐 寿蚀命需要 通管 道过。
分为
两种 况 2 c情,
。
为
35,
实际运行 时的 蚀腐速 进 行预率侧
参
1.
,a
。
为
35 m (m缺 I ) 陷和Z c.
。
为
210 mm
a
.。
为
和
考
m
ne
1
m m0 (
(l缺陷
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,
分
别 对应 的深长 比 为。
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根 据
缺 陷 探侧结 果确定 )
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对件 疲劳命 寿行进计算
对 应 缺于 I陷 和 陷缺次 分
别为 22 ,
.裂纹
的 展过扩 见程 图
.1
4
。
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,管 可 安 全道运 行的 环循
周3X
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.
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4周次
和
01
4
次
周。
管
道
投,
: 一, 修 改(搞 收 稿 日 2期 0 010 3 9 1
)
一
人 运行 后 可 通以过 计管道统压 力 的 动 波频度 用
利编 辑
陈桂 明
:
算 计 的 安出 运 全行 环 周次 循虑考适 当的 安 全系数
推算 出管道 检 测和 维修 周
期
。,
会2
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0
讯
、
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…
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0 080 102 0 00
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乞韶 愉姆叹
由 石油 基本 建 自设动 控 制 化技术 中 心 主 站办
“
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北
京 安 科控 发 技有展限 公 协司办 油的气 及田管 自 动 道化
专项 备设及 技 术专题 研讨会 于
1
5”
0
21
0
、年
月
560 0
00
至
1
8
日 在北
京 举行
。
参
本加次 会议 的 代表 分别 来 自 中 油集 团 中石化
团各 集 田油 关 有部 门 设 院计采油 气厂 等单 位:
、
、5
.
32
3
5
。
缺 长陷 度 ( m
(a )m
缺
会) 议期 间与 会代 对表石 自油 控中 站心的 工 任 作 务和 展发 方向 提 了出 下以 议 参建 加 心 站中的生 产 单
增位 多 应适当 增 加 委 站单位 ; 过通与 生 产厂 商 的技 术,
陷
610 0
0交
流 研 等讨多 形种 使 式 代 表 了 解 动自 新 技化 以
术 ( 愉姆困 韶叹
、
.
已 日 塔诺 侧班
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22
.
.
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及
国内 外 控自 的最 新 发 展 方向; 当 适 加增对石 油 天 、
气然 及 道管 工程 中专 仪 表 用 设 的备 题专 研 究
、
探、
矛
讨不仅 要 继续关 注 石 天 油然气 业行 自 动 的化还 要
;关 注企 业 的 信 化 建设息 积 极争取 创 办石 天 然油气
;
,
2
.
1
一
一山-
2 1
0
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2
缺0陷长
(b 度)
4图
一.
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行
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。与 会代
还表 北对安京 控科
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) 技发 展 有限 公司 的 自动 化 系 列 品 提产出 了 观 的客
缺陷评
皿
价 建和议 北 京 安 控公司 自的动 系 化 列产 品 种类 齐
可全涵 盖 油 田 地面 自 动化 工 程的 多个 方面 ; 产 品 按
,
陷缺的 展 扩程过
工
业 标准制 造 在结 构化 及 仪器 防 护 方面 具 有独 到
、
,
结
论
24 4一
.
.;
; 之 处 产品 技 术先 进 质 量 可 靠 作 操 便方简 单 具
有、、
良
好 的 技 支术持 及 售 后 服务 ; 北京 安 控 公 司 油的田
假设 输油 管道运 行 压力
0
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自动化 产 品 达 了到 国 内 领先 平 水 值 推得 广 应 用 ;希
,
礴
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D)
和 缺陷 展扩 双的,
望
安控 公 司 的 终 设备 能端增 加安 防 控制的功 能
过3,
。经
。
参
法 数预 管道 的测疲 劳 寿命结 果 表明 管 可道安
运全行的循 环周次 为1
3.
,
,
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紧张 会 通 议 产过品 介 绍 和技术 研 讨 达
,到.
,
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次这 可 为 道 检
。
管
,
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学习和交流 的的目会 最议 取 终得了圆满 成
陈功
测
和维 修 周 的期 确定 提供 科学依据
更
・
1
2第
卷第
6
期
油
气
运储
作
关中原
,
,
者介
绍,
育工
程 1师9 17 生年1 9 9 4 毕年业 于 西 石安油 学 采院 油工 程 专业 1 9
9田开 发 工 专 业程 获工学硕 士 学 位
,。
7年毕
业于 西 安石油 学院油 气
现
在中 石国油 管 公道 司道管 技科 研究 中 心 从石 油事 天然 储
气运
工艺 研 究工
作。
张
国忠
教授 博
士 生导 师 9 51 3年生
,,
,
1
981
石 油 年 大 学(山 东) 储 专运 业研 究生 毕 业 任 石现 油 大 学( 山 )东
,储运 工
程 系 主
任 周俊,
。
工程
师 1 696 年 1 生 8 99 年 毕业 于 西 南 石油 学 院 储运 业专现在 中石 化管道 储 公运司 潍坊输 油 处从,
,
输事 油 行运管 理 工作
。
轩福
在 读贞 博 生士
,
19
) 7 (年
生,
91 96
年
业毕 于 山 工东 大 学业材 料 工 程 学院获 工 硕学: 士学 位 现在华 东 理
,。
.
工
人 化 工 过 学 程机 械专 业 攻读 博士 学
冷绪位林
助理 工程 师9
1
,
7
5
年生
,
9189
年毕 于业 抚顺 油石 学院 石 油运 专业储现 在 国中石 油 天然 管气 工程道,
。
有
限 公司 工 艺室 从 设计事 工
作乍
过
梦
助飞理 程 工师
,
9716
生年
,
199
8
年 毕
业于 油 石大学 (山东 ) 应用 化 学 专 业 在 现中 石 化 集国 管团道 储运
,。
司公设 研计究 院腐 防 程工研究室 工 作
柏张松
高级工 程 师
.
915
5
年生
,
1928
年
毕 于业天 津 大学机 制 业 专原在 中 国 石 天油 然气管 道 科学 研 究 机院
。
,
电室
从 事 石油 管 道 机 械 研 工 作究张
瑛
程 师工
,
91 7
6生
年
,
918
8年毕 业
于西 安 油 学石院 机 制械 造 艺工与 设专业 备现在 中 国石 天 油 气管
然
。
,科 道研究 院学事 从道 机械 设管计 作工
正黄 肖
华昆
教副
授,
1
491
年生,
,
1
96
4
年 业毕于 厦门 大 学物 理系 现 在 石油 大 学( 山东 ) 从 事 教学 研 究 工作
,
在读 硕 士研究 生读 硕士 学
位。
1
797
年生
,
199
9
毕 业 于年 天津 大 学 精 密 仪 与器 光 子 工 程 学电院 现在 天津大 学攻
, 税垣碧
见本
刊2 0 10 第 年 5期 者 介作 绍
。
劝尹
国
栋工程
师
,
917
2生年
,
1
91
年 毕业 于 北 京化工 大 学 高分子系 现 在中 国 石 管 道油 公 司管道 科 技 中心 从
, 。
,
事
学 化 添加 剂的 究研 工 作并 在 清华 学大 化 学 工程 系 攻 读硕 学 士位
何
信
助理 程 师
,
工 9710
年
生
,
1
994
年 毕 于业石 油 大 学 ( 山 ) 工东业 自动 化专 业,
,
19
99
年
天获 津大 学 气电
。
自动
化 能及 源工 学 程院计 机算控 制 专 业 工 学 硕 士学 位 现 在 中 油 龙惠 动自化 工程 有 公限 司 作
钟工 荣富王
喜凡
高级
程工 师 高级 工 师
程,
91 431 95 3
年生
生年
,,
1691
年
毕 于 北 京 石 业 学油 物 理院专 业退 休 前在
四
川 石 油设计 院 工 作
,
,
。
,1897
。
年毕业
于中 国 人民解 放 军 后勤工 程 学 油 院料 理管专 业 现在 南济 军区
l 令
联 勤部 料 油监 督 处作
罗 工恒金
工 程师
1, 79
2 生年 1 9 7 年 毕9业 于 西 交安通 大 学材 料科 学 与 工 程学 院 现 在 中石国油 天 气然 集团公 ,
,
司 石 油 材管 研究 所从 事 石油管 及 道重大 装 备 劳动 卫生 安 评全价 工 作
。。
吉良
刘
理助工程 师 19 56年 生
,
,198
6年 毕业 于 承德 石油 学校 化 分 析学专 业 现在 中 国 石 油管 道公 司 道管 科
。
,
技 研 究 心 从中 防 腐事材 料 检测及 研究工 作
朱 煦东
助
理 程师
工
1972,
年
,
生19 69
年毕业 西 南 于 石油 学院采 油 程工 专业 现 中国 在石 油 然 气管天道工程
, 。
有限 司 公工艺 室 事从油 储气运 和城 市 气设计燃工 作
姚志
样
见本 刊200 1
年
第
3作 者介期
绍
。
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